เอนโดรีดิวพลิเคชัน (เรียกอีกอย่างว่าเอนโดรีพลิเคชันหรือเอนโดไซคลิง ) คือการจำลองจีโนม นิวเคลียร์ โดยปราศจากไมโทซิสซึ่งนำไปสู่ปริมาณยีน นิวเคลียร์ที่สูงขึ้นและภาวะ โพ ลีพลอยดี เอนโดรีดิ วพลิเคชันสามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของวัฏจักรเซลล์ ไมโทซิส (G1-S-G2-M) ซึ่งไมโทซิสถูกหลีกเลี่ยงโดยสิ้นเชิง เนื่องจากการปรับเปลี่ยนกิจกรรมของไซคลินดีเพนเดนต์ไคเนส (CDK) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}ตัวอย่างของเอนโดรีดิวพลิเคชันที่พบในสัตว์ขาปล้องสัตว์ เลี้ยง ลูกด้วยนมและพืช ชี้ให้เห็นว่ามันเป็นกลไกการพัฒนาสากลที่รับผิดชอบต่อการแยกแยะและการสร้างรูปร่างของเซลล์ประเภทต่างๆ ที่ทำหน้าที่ทางชีวภาพ มากมาย ^{[ 1 ] [ 2 ]}ในขณะที่เอนโดรีดิวพลิเคชันมักจำกัดอยู่เฉพาะเซลล์บางประเภทในสัตว์ แต่ในพืชนั้นพบได้แพร่หลายมากกว่ามาก จน สามารถตรวจพบ ภาวะโพลีพลอยดีได้ในเนื้อเยื่อพืชส่วนใหญ่^{[ 5 ]}โพลีพลอยดีและแอนยูพลอยดีเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปในเซลล์มะเร็ง^{[ 6 ]}เนื่องจากการเกิดมะเร็งและเอนโดรีดิวพลิเคชันน่าจะเกี่ยวข้องกับการบิดเบือนกลไกการควบคุมวงจรเซลล์ทั่วไป ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับเอนโดรีดิวพลิเคชันอาจให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญสำหรับชีววิทยาของมะเร็ง

เซลล์ชนิดเอนโดเรดิพลิเคชันที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในสิ่งมีชีวิตต้นแบบ

เอนโดรีดูพลิเคชัน เอนโดไมโทซิส และโพลีทีไนเซชัน เป็นกระบวนการที่แตกต่างกันสามอย่างที่ส่งผลให้เซลล์มีโพลีพลอยด์ในลักษณะที่มีการควบคุม ในเอนโดรีดูพลิเคชัน เซลล์จะข้ามเฟส Mไปอย่างสมบูรณ์โดยออกจากวงจรเซลล์ไมโทซิสในเฟส G2 _{หลังจาก}เสร็จสิ้นเฟส S หลายครั้ง ส่งผลให้เกิด เซลล์ โพลีพลอยด์ที่ มีนิวเคลียสเดียว เซลล์จะมีโครโมโซมแต่ละคู่เป็นสองเท่าต่อการทำซ้ำของเฟส S ^{[ 17 ]}เอนโดไมโทซิสเป็นรูปแบบหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงวงจรเซลล์ที่ไมโทซิสเริ่มต้นขึ้น แต่หยุดลงในระหว่างแอนาเฟส ดังนั้นไซโทคิเนซิสจึงไม่เสร็จสมบูรณ์ เซลล์จะมีนิวเคลียสหลายอัน ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ที่กำลังเกิดเอนโดรีดูพลิเคชัน^{[ 17 ] [ 18 ]}ดังนั้น ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ดำเนินไปในไมโทซิสไกลแค่ไหน จะทำให้เกิดเซลล์โพลีพลอยด์ที่มีนิวเคลียสเดียวหรือสองนิวเคลียสโพลีทีไนเซชันเกิดขึ้นจากการขยายจำนวนน้อยเกินไปหรือมากเกินไปของบางส่วนของจีโนม ทำให้เกิดโครโมโซมโพลีทีน^{[ 3 ] [ 4 ]}

จากเซลล์ประเภทต่างๆ ที่เกิดการเพิ่มจำนวนโครโมโซมภายในเซลล์ (endoreduplication) จึงมีการสร้างสมมติฐานต่างๆ มากมายเพื่ออธิบายความสำคัญเชิงหน้าที่ของปรากฏการณ์นี้^{[ 1 ] [ 2 ]}น่าเสียดายที่หลักฐานเชิงทดลองที่สนับสนุนข้อสรุปเหล่านี้ค่อนข้างจำกัด

ในเนื้อเยื่อพืชที่กำลังพัฒนา การเปลี่ยนจากไมโทซิสไปเป็นเอนโดรีดิวพลิเคชันมักเกิดขึ้นพร้อมกับการแบ่งเซลล์และการสร้างรูปร่าง^{[ 19 ]}อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องพิจารณาว่าเอนโดรีดิวพลิเคชันและโพลีพลอยดีมีส่วนช่วยในการแบ่งเซลล์หรือในทางกลับกัน การยับยั้งเอนโดรีดิวพลิเคชันใน เซลล์ต้นกำเนิดของ ไตรโคมส่งผลให้เกิดไตรโคมหลายเซลล์ที่มีรูปร่างค่อนข้างปกติ แต่ในที่สุดก็จะเกิดการเสื่อมสภาพและถูกดูดซึมเข้าสู่ผิวใบ^{[ 20 ]}ผลลัพธ์นี้ชี้ให้เห็นว่าเอนโดรีดิวพลิเคชันและโพลีพลอยดีอาจจำเป็นสำหรับการรักษาเอกลักษณ์ของเซลล์

ระดับพลอยดีของเซลล์มักมีความสัมพันธ์กับขนาดของเซลล์^{[ 13 ] [ 15 ]}และในบางกรณี การหยุดชะงักของเอนโดรีดิวพลิเคชันส่งผลให้ขนาดของเซลล์และเนื้อเยื่อลดลง^{[ 21 ]}ซึ่งบ่งชี้ว่าเอนโดรีดิวพลิเคชันอาจทำหน้าที่เป็นกลไกสำหรับการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ เมื่อเทียบกับไมโทซิส เอนโดรีดิวพลิเคชันไม่จำเป็นต้องมี การจัดเรียงโครงสร้าง ไซโทสเกเลตันใหม่หรือการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ ใหม่ และมักเกิดขึ้นในเซลล์ที่ได้มีการแบ่งตัวแล้ว ดังนั้นจึงอาจเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพทางพลังงานมากกว่าการเพิ่มจำนวนเซลล์ในกลุ่มเซลล์ที่มีการแบ่งตัวแล้วซึ่งไม่สามารถแบ่งตัวแบบไมโทซิสได้อีกต่อไป^{[ 22 ]}แม้ว่าจะมีหลักฐานมากมายที่แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างระดับพลอยดีและขนาดของเนื้อเยื่อในวรรณกรรม แต่ก็มีตัวอย่างที่ขัดแย้งกันอยู่เช่นกัน^{[ 19 ]}

การเพิ่มจำนวนสำเนาของยีน (Endoreduplication) มักพบในเซลล์ที่ทำหน้าที่บำรุงเลี้ยงและปกป้องเซลล์ไข่และตัวอ่อนมีการเสนอแนะว่าการเพิ่มจำนวนสำเนาของยีนอาจช่วยให้สามารถผลิตโปรตีนจำนวนมากที่จำเป็นต่อความต้องการทางเมตาบอลิซึมของการเกิดตัวอ่อนและการพัฒนาในระยะเริ่มต้นได้^{[ 1 ]}สอดคล้องกับแนวคิดนี้ การกลายพันธุ์ของยีนมะเร็งMyc ในเซลล์ฟอลลิเคิลของแมลงหวี่ส่งผลให้การเพิ่มจำนวนสำเนาของยีนลดลงและการเกิดเซลล์ไข่ ล้ม เหลว^{[ 23 ]}อย่างไรก็ตาม การลดการเพิ่มจำนวนสำเนาของยีนในเอนโดสเปิร์ม ของข้าวโพด มีผลจำกัดต่อการสะสมของแป้งและโปรตีน ที่เก็บรักษาไว้ ซึ่งบ่งชี้ว่าความต้องการทางโภชนาการของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาอาจเกี่ยวข้องกับนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็น จีโนม โพลีพลอยด์มากกว่าโปรตีนที่เข้ารหัส^{[ 24 ]}

สมมติฐานอีกประการหนึ่งคือ เอนโดรีดูพลิเคชันช่วยป้องกัน ความเสียหาย และการกลายพันธุ์ของ DNAเนื่องจากให้สำเนาเพิ่มเติมของยีนที่ สำคัญ ^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้เป็นเพียงการคาดเดา และมีหลักฐานที่ขัดแย้งกันน้อยมาก ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์ สายพันธุ์ ยีสต์ โพลีพลอยด์ ชี้ให้เห็นว่าพวกมันมีความไวต่อรังสีมากกว่าสายพันธุ์ดิพลอยด์^{[ 25 ]}

การวิจัยในพืชชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มจำนวนโครโมโซมอาจมีบทบาทในการปรับการตอบสนองต่อความเครียดได้เช่นกัน โดยการควบคุมการแสดงออกของE2fe (ตัวยับยั้งการเพิ่มจำนวนโครโมโซมในพืช) นักวิจัยสามารถแสดงให้เห็นว่าจำนวนโครโมโซมที่เพิ่มขึ้นช่วยลดผลกระทบเชิงลบของความเครียดจากภัยแล้งต่อขนาดใบ^{[ 26 ]}เนื่องจากวิถีชีวิตที่ไม่เคลื่อนที่ของพืชจำเป็นต้องมีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม จึงเป็นเรื่องน่าสนใจที่จะคาดเดาว่าการเพิ่มจำนวนโครโมโซมอย่างแพร่หลายมีส่วนช่วยให้พืชมีความยืดหยุ่นในการพัฒนา

ตัวอย่างที่ได้รับการศึกษามากที่สุดของการเปลี่ยนผ่านจากไมโทซิสไปสู่เอนโดรีดูพลิเคชันเกิดขึ้นใน เซลล์ฟอลลิเคิล ของแมลงหวี่และถูกกระตุ้นโดยการส่งสัญญาณ Notch ^{[ 27 ]}การเข้าสู่เอนโดรีดูพลิเคชันเกี่ยวข้องกับการปรับเปลี่ยนกิจกรรมของไคเนสที่ขึ้นอยู่กับ ไซคลิน (CDK) ในระยะ ไมโทซิ ส และระยะ S ^{[ 28 ]}การยับยั้งกิจกรรมของ CDK ในระยะ Mเกิดขึ้นผ่านการกระตุ้นการถอดรหัสของCdh / fzrและการยับยั้งตัวควบคุม G2-M string/ cdc25 [ ^{28 ] [ 29 ] Cdh} /fzr มีหน้าที่ในการกระตุ้นคอมเพล็กซ์ส่งเสริมแอนาเฟส (APC) และการสลายโปรตีนของไซ คลินไมโท ซิส ในภายหลัง String/cdc25 เป็นฟอสฟาเทสที่กระตุ้นกิจกรรมของคอมเพล็กซ์ไซคลิน-CDK ไมโทซิส การเพิ่มระดับกิจกรรมของ CDK ในระยะ S เกิดขึ้นผ่าน การยับยั้ง การถอดรหัสของไคเนส ที่ยับยั้ง dacapo การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ร่วมกันทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการเข้าสู่ระยะไมโทซิส การดำเนินไปในระยะG1และการเข้าสู่ระยะ Sได้ การเหนี่ยวนำเอนโดไมโทซิสในเมกะคาริโอไซต์ ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เกี่ยวข้องกับการกระตุ้น ตัวรับ c-mplโดยไซโตไคน์ธรอมโบโป เอติน (TPO) และถูกควบคุมโดยการส่งสัญญาณERK1/2 ^{[ 30 ]}เช่นเดียวกับเซลล์ฟอลลิเคิลของแมลงหวี่ การเพิ่มจำนวนโครโมโซมในเมกะคาริโอไซต์เกิดจากการกระตุ้น คอมเพล็กซ์ไซคลิน-CDK ในระยะ Sและการยับยั้งกิจกรรมไซคลิน-CDK ในระยะไมโทซิส^{[ 31 ] [ 32 ]}

การเข้าสู่ระยะ Sระหว่างการเพิ่มจำนวนโครโมโซม (และไมโทซิส) ถูกควบคุมผ่านการสร้างคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลอง (pre-RC) ที่จุดเริ่มต้นของการจำลองตามด้วยการดึงดูดและการเปิดใช้งานกลไกการจำลอง DNAในบริบทของการเพิ่มจำนวนโครโมโซม เหตุการณ์เหล่านี้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการแกว่งตัวของ กิจกรรม ไซคลิน E - Cdk2กิจกรรมไซคลิน E-Cdk2 ขับเคลื่อนการดึงดูดและการเปิดใช้งานกลไกการจำลอง^{[ 33 ]}แต่ยังยับยั้งการสร้าง pre-RC ด้วย^{[ 34 ]}สันนิษฐานว่าเพื่อให้แน่ใจว่าการจำลองเกิดขึ้นเพียงรอบเดียวต่อรอบ ความล้มเหลวในการควบคุมการสร้าง pre-RC ที่จุดเริ่มต้นของการจำลองส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า " การจำลองซ้ำ " ซึ่งพบได้ทั่วไปในเซลล์มะเร็ง^{[ 2 ]}กลไกที่ไซคลิน E-Cdk2 ยับยั้งการก่อตัวของ pre-RC เกี่ยวข้องกับการควบคุมการสลายโปรตีนโดยAPC - Cdh1และการสะสมของโปรตีนGemininซึ่งมีหน้าที่ในการกักเก็บส่วนประกอบ pre-RC คือCdt1 ^{[ 35 ] [ 36 ]}

การแกว่งตัวของ กิจกรรม Cyclin E - Cdk2ถูกปรับเปลี่ยนผ่าน กลไก การถอดรหัสและการควบคุมหลังการถอดรหัส การแสดงออกของ cyclin E ถูกกระตุ้นโดย ปัจจัยการถอดรหัส E2Fซึ่งแสดงให้เห็นว่าจำเป็นสำหรับการเพิ่มจำนวนโครโมโซม^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าการแกว่งตัวที่สังเกตได้ในระดับโปรตีน E2F และ cyclin E เป็นผลมาจากวงจรป้อนกลับเชิงลบที่เกี่ยวข้องกับการยู บิควิตินเนชัน และการย่อยสลายของ E2F ที่ขึ้นอยู่กับCul4 ^{[ 40 ]}การควบคุมหลังการถอดรหัสของกิจกรรม cyclin E-Cdk2 เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายโปรตีนของ cyclin E ที่เกิดจากAgo/Fbw7 ^{[ 41 ] [ 42 ]}และการยับยั้งโดยตรงโดยปัจจัยต่างๆ เช่น Dacapo และp57 ^{[ 43 ] [ 44 ]}

ซาลาแมนเดอร์เพศเดียว (สกุลAmbystoma ) เป็นสายพันธุ์สัตว์มีกระดูกสันหลังเพศเดียวที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่รู้จัก โดยถือกำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ 5 ล้านปีก่อน^{[ 45 ]}ในเพศเมียเพศเดียวที่มีโครโมโซมหลายชุด การจำลองแบบเอนโดไมโทซิสก่อนไมโอซิสเพิ่มเติมของจีโนมจะเพิ่มจำนวนโครโมโซมเป็นสองเท่า^{[ 46 ]}ส่งผลให้ไข่ที่เจริญเต็มที่ซึ่งผลิตขึ้นหลังจากการแบ่งไมโอซิสสองครั้งมีระดับพลอยดีเท่ากับเซลล์ร่างกายของซาลาแมนเดอร์เพศเมียที่โตเต็มวัย การจับคู่และการรวมตัวใหม่ระหว่างระยะโปรเฟส I ของไมโอซิสในเพศเมียเพศเดียวเหล่านี้ เชื่อกันว่าโดยปกติจะเกิดขึ้นระหว่างโครโมโซมพี่น้องที่เหมือนกัน และบางครั้งก็เกิดขึ้นระหว่างโครโมโซมคู่เหมือน ดังนั้นจึงเกิดความแปรผันทางพันธุกรรมน้อยมากหรือแทบไม่มีเลย การรวมตัวใหม่ระหว่างโครโมโซมคู่เหมือนเกิดขึ้นได้ยากมากหรือแทบไม่เกิดขึ้นเลย^{[ 46 ]}